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摘要：船舶设计的质量和效率是影响船舶开发周期的重要因素。如何在确保安全的前提下，快速生成船体结构，并能实现结构快速修改与方案变换，是船舶设计师关注的主要问题。
关键词：知识；船体结构；快速设计
1知识、知识型工作及知识自动化
知识是人类对自然、社会和思维探索的结果总和，是人类在教育和实践中获得的认识、经验和技能。大数据与智能时代，知识是模型化、数字化，指导人和机器学习及做事的指令集合和规则体系。知识型工作是对知识的利用和创造，是具备知识才能完成的工作，或者有知识的人或系统完成的工作，是生产有用信息和知识的创造性脑力劳动。彼得·德鲁克曾经把新的商业世界描绘为一个“知识社会”，在这个社会中，知识是关键资源，而知识工作者则是劳动力中的主导群体。德鲁克认为，在未来的十年里，知识工作者中最重要的新生力量将会出现在一个新群体中，称之为“知识技工”。这些新的知识工作者包括计算机科学家、软件设计师、实验室技术员、助理律师以及各种各样的信息提供者，比如竞争情报从业者。这种新型的基于信息和知识的工作方式，根据麦肯锡全球研究院估计，未来会产生非常大的经济价值。新型的知识工作者对于未来的经济发展至关重要，知识型工作在当代社会分工中亦占有压倒性的重要地位，其核心要求是完成实时分析、科学决策、精准执行的复杂任务。关于知识自动化，业界认为主要是指知识型工作的自动化。工业生产过程知识自动化系统是将人工智能技术、计算机技术、自动化系统技术融合来实现工业环境下自动感知、处理、计算、决策的智能系统。工业4.0中的知识自动化，是一种可执行知识工作任务的智能软件系统。认为平行时代的知识自动化必然是信息化、自动化、智能化、人机化等的有机融合，必须从信息物理系统（CPS）走向信息物理社会系统或社会物理信息系统（CPSS），并认为虚拟空间里的自动化之核心就是知识自动化。简而言之，知识自动化就是通过计算机和网络来自动完成人的知识型工作，将人从重复的脑力劳动中解放出来，去从事更高端、更具有创造性的工作。
2基于知识的船体结构设计
基于知识的船体结构设计，首先建立参数化构件库；其次将设计规范、专家思想及母型实例等知识进行整理归纳为计算机可识别的公式、规则和检验，写入知识库，协助设计者快速完成并检查设计。知识推理方式主要采用规范推理法和实例推理法，规范推理法适用于所表达知识明确的情况，如对船级社规范要求的推理；实例推理法适用于所表达的知识并不明确，如母型船资料等知识，需要将母型实例与设计船对比分析后，确定发布参数，用于新设计参考，同时新设计船也可以加入到知识库，为以后设计做储备。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数驱动生成，构件尺寸通过规范推理法和实例推理法2种知识推理方式获得，对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化，具体流程如图1所示。
3船体结构设计优化
3.1存在的问题分析
在对船体结构节点进行优化时，某船节点图册中针对节点提出了两种规定要求：当另一侧有结构时，肘板不偏移，焊接过程中需要开坡口；当另外一侧没有结构时，允许肘板出现6～8mm的偏移。结合焊接施工以及现场装配的情况，需要对下述4个问题进行考虑。
（1）节点图册中表示出来的肘板偏移情况，并不能代表所有情况，对于其他情况下应是扶强材偏移还是肘板偏移没有规定，而且也没有明确规定出结构什么情况下不允许偏移，什么情况下允许偏移。（2）设计人员在建模时存在不同的想法，针对一种情况出现了不同的处理意见。例如某肋位上分段和下分段的球扁钢没有对应，主要是因为肘板未出现偏移，而上分段球扁钢产生了偏移；或下分段肘板出现了偏移，而上分段球扁钢未产生偏移。如此一来，上球扁钢和下球扁钢就不能保持在同一直线上，有剪力存在。底部位置分段实肋板上的扶强材有的加强筋出现了偏移，虽然采用数控进行肋板下料，并且设置有结构划线，但是在进行装焊作业时，工人都按照偏移来进行处理，无法保证肘板装焊时纵骨和衬板之间的距离。（3）按照当前公司的实际情况，肘板下料过程中，要求在全焊透或深熔焊的位置开坡口。对于普通的肘板则不需要进行开坡口。但是在实际施工过中，作业人员为了便于施工，对除了特殊说明以外的肘板都进行了偏移处理，如此一来就出现了扭转力矩的情况。（4）一些船舶由于骨材的厚度均<10mm，如果只是简单地将偏移作为定值来进行处理，很容易导致肘板从扁钢受力作用线偏出的情况，使其在受力的过程中产生了扭转力矩，进而对局部受力产生影响，甚至会对局部结构强度造成比较大的影响。
3.2解决方法
（1）由于只是在骨材顶死链接的位置出现了结构偏移，并且只是相对于端部球扁钢或角钢和其链接的情况下，因此，在扶强材端部出现削斜时不能有偏移的情况出现。（2）结构偏移主要是为了便于焊接施工，一般来说偏移量的大小和结构强度、焊角大小相关，偏移不合理会出现剪力，并且影响结构强度，使结构无法达到焊接的要求。此外，考虑到船舶骨材面板宽度偏小，骨材规格也偏小，在生产过程中可以不考虑扭转力矩产生的影响，将偏移值控制在6～8mm之间。（3）针对偏移的情况，可以按照无肘板时扶强材偏移，有肘板时肘板偏移的基本原则，但是在实际设计时，T型材、扁钢、球扁钢如果顶死的话都会和肘板进行连接，因此，除了特殊情况以外，上述扶强材主要指的是扁钢。
4船体结构快速设计技术
4.1船体构件精度质量的仿真技术研究
通过对不同的装配顺序进行研究，全面分析装配工艺对关键特性精度的影响，以便能够更有效地进行装配工艺优化。装配精度质量主要受偏差源大小和偏差累积等因素影响，其中偏差源大小由设计公差决定，偏差累积由偏差传递路径信息决定，偏差传递路径由定位方式、装配顺序等工艺因素决定，综合场地成本、装配工时、装焊形式、材料费用、设备工装等多方面的因素，结合一定的算法，基于船舶智能制造装配工艺數据库，建立分段装配序列优化体系，可以基于船体构件精度仿真技术将较优的中组立、小组立的装配序列推理出来。
4.2基于精度控制的船体装配工艺优化技术
基于精度控制的船体装配工艺优化主要是根据装配精度仿真结果，在分析计算装配偏差源敏感度和影响因子的基础上，通过船体装配工艺调节，将船舶综合建造工艺能力指数调节到合适的区间，实现对精度超差关键特性的精度控制。造成船体构件装配偏差的主要偏差类型包括设计尺寸公差要求，例如补偿量、余量的加放、装配顺序、定位方式、构件基准定义和工装影响偏差等。基于精度控制的装配工艺优化技术需要解决如下问题：在船舶产品装配工艺设计过程中，在特定装配工艺及其精度布置条件下，进行产品装配精度仿真，并对仿真结果超差的工艺进行优化。
结语：
本文介绍了基于知识的船体结构设计方法，提出了船体结构设计的知识本体概念，将参数化技术和知识工程原理相结合，优化船体结构设计。
参考文献：
[1]樊哲林，周丽.基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化[J].山东工业技术，2017（10）：284.
[2]高占锋.船舶结构优化设计方法比较研究[J].中国水运，2017（11）：38-39.
关键词：知识；船体结构；快速设计
1知识、知识型工作及知识自动化
知识是人类对自然、社会和思维探索的结果总和，是人类在教育和实践中获得的认识、经验和技能。大数据与智能时代，知识是模型化、数字化，指导人和机器学习及做事的指令集合和规则体系。知识型工作是对知识的利用和创造，是具备知识才能完成的工作，或者有知识的人或系统完成的工作，是生产有用信息和知识的创造性脑力劳动。彼得·德鲁克曾经把新的商业世界描绘为一个“知识社会”，在这个社会中，知识是关键资源，而知识工作者则是劳动力中的主导群体。德鲁克认为，在未来的十年里，知识工作者中最重要的新生力量将会出现在一个新群体中，称之为“知识技工”。这些新的知识工作者包括计算机科学家、软件设计师、实验室技术员、助理律师以及各种各样的信息提供者，比如竞争情报从业者。这种新型的基于信息和知识的工作方式，根据麦肯锡全球研究院估计，未来会产生非常大的经济价值。新型的知识工作者对于未来的经济发展至关重要，知识型工作在当代社会分工中亦占有压倒性的重要地位，其核心要求是完成实时分析、科学决策、精准执行的复杂任务。关于知识自动化，业界认为主要是指知识型工作的自动化。工业生产过程知识自动化系统是将人工智能技术、计算机技术、自动化系统技术融合来实现工业环境下自动感知、处理、计算、决策的智能系统。工业4.0中的知识自动化，是一种可执行知识工作任务的智能软件系统。认为平行时代的知识自动化必然是信息化、自动化、智能化、人机化等的有机融合，必须从信息物理系统（CPS）走向信息物理社会系统或社会物理信息系统（CPSS），并认为虚拟空间里的自动化之核心就是知识自动化。简而言之，知识自动化就是通过计算机和网络来自动完成人的知识型工作，将人从重复的脑力劳动中解放出来，去从事更高端、更具有创造性的工作。
2基于知识的船体结构设计
基于知识的船体结构设计，首先建立参数化构件库；其次将设计规范、专家思想及母型实例等知识进行整理归纳为计算机可识别的公式、规则和检验，写入知识库，协助设计者快速完成并检查设计。知识推理方式主要采用规范推理法和实例推理法，规范推理法适用于所表达知识明确的情况，如对船级社规范要求的推理；实例推理法适用于所表达的知识并不明确，如母型船资料等知识，需要将母型实例与设计船对比分析后，确定发布参数，用于新设计参考，同时新设计船也可以加入到知识库，为以后设计做储备。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数驱动生成，构件尺寸通过规范推理法和实例推理法2种知识推理方式获得，对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化，具体流程如图1所示。
3船体结构设计优化
3.1存在的问题分析
在对船体结构节点进行优化时，某船节点图册中针对节点提出了两种规定要求：当另一侧有结构时，肘板不偏移，焊接过程中需要开坡口；当另外一侧没有结构时，允许肘板出现6～8mm的偏移。结合焊接施工以及现场装配的情况，需要对下述4个问题进行考虑。
（1）节点图册中表示出来的肘板偏移情况，并不能代表所有情况，对于其他情况下应是扶强材偏移还是肘板偏移没有规定，而且也没有明确规定出结构什么情况下不允许偏移，什么情况下允许偏移。（2）设计人员在建模时存在不同的想法，针对一种情况出现了不同的处理意见。例如某肋位上分段和下分段的球扁钢没有对应，主要是因为肘板未出现偏移，而上分段球扁钢产生了偏移；或下分段肘板出现了偏移，而上分段球扁钢未产生偏移。如此一来，上球扁钢和下球扁钢就不能保持在同一直线上，有剪力存在。底部位置分段实肋板上的扶强材有的加强筋出现了偏移，虽然采用数控进行肋板下料，并且设置有结构划线，但是在进行装焊作业时，工人都按照偏移来进行处理，无法保证肘板装焊时纵骨和衬板之间的距离。（3）按照当前公司的实际情况，肘板下料过程中，要求在全焊透或深熔焊的位置开坡口。对于普通的肘板则不需要进行开坡口。但是在实际施工过中，作业人员为了便于施工，对除了特殊说明以外的肘板都进行了偏移处理，如此一来就出现了扭转力矩的情况。（4）一些船舶由于骨材的厚度均<10mm，如果只是简单地将偏移作为定值来进行处理，很容易导致肘板从扁钢受力作用线偏出的情况，使其在受力的过程中产生了扭转力矩，进而对局部受力产生影响，甚至会对局部结构强度造成比较大的影响。
3.2解决方法
（1）由于只是在骨材顶死链接的位置出现了结构偏移，并且只是相对于端部球扁钢或角钢和其链接的情况下，因此，在扶强材端部出现削斜时不能有偏移的情况出现。（2）结构偏移主要是为了便于焊接施工，一般来说偏移量的大小和结构强度、焊角大小相关，偏移不合理会出现剪力，并且影响结构强度，使结构无法达到焊接的要求。此外，考虑到船舶骨材面板宽度偏小，骨材规格也偏小，在生产过程中可以不考虑扭转力矩产生的影响，将偏移值控制在6～8mm之间。（3）针对偏移的情况，可以按照无肘板时扶强材偏移，有肘板时肘板偏移的基本原则，但是在实际设计时，T型材、扁钢、球扁钢如果顶死的话都会和肘板进行连接，因此，除了特殊情况以外，上述扶强材主要指的是扁钢。
4船体结构快速设计技术
4.1船体构件精度质量的仿真技术研究
通过对不同的装配顺序进行研究，全面分析装配工艺对关键特性精度的影响，以便能够更有效地进行装配工艺优化。装配精度质量主要受偏差源大小和偏差累积等因素影响，其中偏差源大小由设计公差决定，偏差累积由偏差传递路径信息决定，偏差传递路径由定位方式、装配顺序等工艺因素决定，综合场地成本、装配工时、装焊形式、材料费用、设备工装等多方面的因素，结合一定的算法，基于船舶智能制造装配工艺數据库，建立分段装配序列优化体系，可以基于船体构件精度仿真技术将较优的中组立、小组立的装配序列推理出来。
4.2基于精度控制的船体装配工艺优化技术
基于精度控制的船体装配工艺优化主要是根据装配精度仿真结果，在分析计算装配偏差源敏感度和影响因子的基础上，通过船体装配工艺调节，将船舶综合建造工艺能力指数调节到合适的区间，实现对精度超差关键特性的精度控制。造成船体构件装配偏差的主要偏差类型包括设计尺寸公差要求，例如补偿量、余量的加放、装配顺序、定位方式、构件基准定义和工装影响偏差等。基于精度控制的装配工艺优化技术需要解决如下问题：在船舶产品装配工艺设计过程中，在特定装配工艺及其精度布置条件下，进行产品装配精度仿真，并对仿真结果超差的工艺进行优化。
结语：
本文介绍了基于知识的船体结构设计方法，提出了船体结构设计的知识本体概念，将参数化技术和知识工程原理相结合，优化船体结构设计。
参考文献：
[1]樊哲林，周丽.基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化[J].山东工业技术，2017（10）：284.
[2]高占锋.船舶结构优化设计方法比较研究[J].中国水运，2017（11）：38-39.